The antenna was invented in by Shintaro Uda of Tohoku Imperial University , Japan , [5] with a lesser role played by his colleague Hidetsugu Yagi. Description[ edit ] Yagi—Uda antenna with a reflector left , half-wave driven element centre , and director right. Exact spacings and element lengths vary somewhat according to specific designs. The Yagi—Uda antenna consists of a number of parallel thin rod elements in a line, usually half-wave long, typically supported on a perpendicular crossbar or "boom" along their centers.
Alm disso, servem para otimizar ou acentuar a radiao de energia nas direes de interesse. Por esta razo, elas adquirem diferentes formas: lineares, de abertura, impressas, refletoras, dentre outras. A utilizao de antenas, para transmisso de sinais de rdio, foi iniciada por Heinrich Hertz, no final do sculo dezenove, quando ele procurava provar a existncia das ondas eletromagnticas preditas teoricamente por Maxwell.
No mbito de sua experincia, Hertz provou que uma antena emite energia eletromagntica para o espao sempre que excitada por uma corrente eltrica varivel no tempo. A circulao desta corrente na antena produz campos que escapam do condutor, propagando a onda eletromagntica.
Desde as primeiras antenas at os modelos atuais, diversas inovaes tecnolgicas foram agregadas a este dispositivo a fim de garantir a privacidade, segurana e integridade da informao.
Dentre os diversos tipos de antenas desenvolvidas, as antenas lineares so as mais simples e as mais utilizadas, o que justifica o grande interesse cientfico e tecnolgico neste campo.
Com o expressivo avano das telecomunicaes, o conhecimento em antenas, torna-se imprescindvel para pesquisadores e profissionais da rea.
Essa associao recebe o nome de conjunto de antenas, redes de antenas ou ainda, sistemas de antenas. O conjunto de antenas lineares, constitudo de dipolos, onde apenas um excitado e os demais so elementos parasitas, chamado de antena YagiUda. A antena Yagi-Uda muito utilizada na prtica por ser leve, de baixo custo, de fcil construo, por apresentar grande diretividade e ganho considervel. Ela pode operar como transmissor ou receptor, sendo muito aplicada como antena de TV e de celular. O objetivo geral deste tutorial estudar e projetar uma antena Yagi-Uda para ser aplicada em telefonia mvel celular.
Os objetivos especficos so: i estudar o princpio de funcionamento da Yagi-Uda, atravs da caracterizao do elemento excitador e anlise das estruturas de dois, trs e n elementos; ii utilizar o software MININEC para modelagem e anlise da antena em estudo; iii estudar a norma tcnica NBS para auxiliar no projeto; iv projetar uma antena Yagi-Uda para ser aplicada nas bandas A e B estendidas e nas bandas C, D e E.
Este tipo de antena foi primeiramente descrita e analisada em um artigo do professor japons S. Uda, em maro de Entretanto, estas antenas s se tornaram mundialmente conhecidas depois da publicao, em , de um artigo em ingls assinado por H.
A sua estrutura composta por dipolos, sendo um elemento excitador, um elemento refletor e os demais elementos parasitas ou diretores, conforme pode ser observado na figura 1. Estes elementos destinam, respectivamente, a excitar a onda eletromagntica, refleti-la na mxima radiao desejada e dirigi-la tambm nesta direo preferencial ESTEVES, Na figura 1, pode-se observar os diferentes elementos que compe a estrutura irradiante. O elemento refletor localiza-se atrs do excitador e tem a funo de radiar mais energia em uma direo do que em outra, diminuindo assim a relao frente-costa.
O elemento excitador alimentado diretamente por uma fonte de corrente ou de tenso , normalmente o seu tamanho menor que o refletor e maior que os diretores.
Por fim, os diretores so elementos parasitas, cujos tamanhos variam de acordo com a distncia entre os elementos, o nmero destes, a espessura e a largura de banda pretendida. Neste arranjo de dipolos, a onda eletromagntica emitida pelo excitador induz uma corrente no parasita que, por sua vez, re-irradia parte da energia recebida.
A fase da corrente neste elemento depende do seu comprimento e da distncia de separao entre ele e o elemento ativo. O campo distante da Yagi , assim, a soma dos campos emitidos pelo excitador e parasita.
Posteriormente, um elemento parasita introduzido nas proximidades do excitador e uma anlise dessa estrutura realizada. Por fim, um novo parasita colocado na estrutura e um estudo do seu comportamento efetuado. A distribuio de corrente para este elemento pode ser descrita com uma boa aproximao por BALANIS, : 1 Esta distribuio assume que a antena alimentada no centro e que a corrente nula nos extremos.
Atravs de vrias manipulaes algbricas e conhecimento em eletromagnetismo, o campo eltrico irradiado por um dipolo pode ser determinado como: 2 E a expresso para o campo magntico para a regio de campo distante pode ser dado por: 3 O dipolo apresenta campo eltrico e magntico somente nas direes de e , respectivamente. Para as outras direes no h componentes de campo BALANIS, : 4 Vrios so os parmetros caractersticos a serem estudados para esta estrutura, os mais relevantes, aqui discutidos so: potncia irradiada, diretividade e diagrama de radiao, A potncia irradiada pode ser obtida integrando a densidade de potncia, dada atravs do vetor de poyting BALANIS, , em uma superfcie fechada arbitrria que envolve a antena.
A diretividade definida como a capacidade da antena de concentrar energia em determinadas direes, ou seja, a capacidade da antena de direcionar a potncia irradiada. O diagrama de radiao consiste em uma representao espacial da energia irradiada em funo da posio do observador ao longo de uma superfcie de raio constante. Outros parmetros, como impedncia de entrada, relao frente-costa e ganho so discutidos ao longo deste trabalho.
Yagi-Uda de Dois Elementos A estrutura mais simples de uma antena Yagi-Uda formada por um dipolo excitado e um outro dipolo parasita, conforme observado na Figura 2. Esta rede de dipolos, alm de ser a base para construo de conjunto de antenas lineares, serve para o estudo da influncia que os mastros, torres ou qualquer outra estrutura tm sobre o comportamento da antena MOREIRA, Figura 2: Estrutura mais simples da YagiUda Ao excitar o elemento radiador com uma tenso, uma distribuio de corrente gerada ao longo do condutor produzindo ondas eletromagnticas que so irradiadas.
Quando o elemento parasita introduzido nas proximidades do dipolo excitado, uma distribuio de corrente induzida neste elemento. Um importante parmetro a ser analisado nesta estrutura a impedncia de entrada da antena. Este consiste em um mtodo clssico, utilizado para clculos de impedncia mtua entre antenas paralelas lado a lado, colineares e paralelas em degrau OLIVEIRA, Outro parmetro importante a ser analisado o campo eletromagntico irradiado.
Para sua determinao, definem-se dois dipolos posicionados ao longo do eixo z e separados entre si por uma distncia d. A configurao dos dipolos, citada acima, mostrada a seguir. Figura 3: Dipolos lado a lado - um excitado 1 e um parasita 2 O campo distante irradiado por estes dipolos pode ser calculado como a soma dos campos emitidos pelo excitador e parasita, no entanto, a onda irradiada por este ltimo possui uma diferena de fase em relao ao excitador em funo da discrepncia de percursos e defasagem eltrica entre correntes dependendo de impedncias prprias e mtuas ESTEVES, O campo eltrico irradiado por um dipolo escrito de acordo com a equao 2.
Levando em considerao a contribuio dos dois dipolos, o campo total irradiado ser igual a soma dos campos individuais: 6 O campo magntico para a regio de campo distante obtido com o auxlio de 6 : 7 A intensidade do campo eltrico irradiado a uma distncia r qualquer determina o diagrama de radiao da antena ESTEVES, Este diagrama pode apresentar o mximo de radiao no lado do elemento ativo ou no, conforme j discutido anteriormente.
A comparao entre o mximo do lobo principal e o mximo de campo em sentido oposto estabelece a relao frente-costa da antena. A freqncia utilizada foi de 1,8 GHz, o comprimento do elemento refletor e excitador foram respectivamente 0,5 e 0,48 e o espaamento entre os elementos foi de 0,1. Observa-se que o lobo principal est na direo do elemento ativo.
Esta estrutura formada por um elemento refletor, um excitador e outro diretor, conforme pode ser verificado na figura 5. Nesta figura, o arranjo alinhado na direo z, com o elemento excitado de comprimento le, posicionado na origem, o elemento diretor de comprimento ld a uma distncia dd da origem e o elemento refletor de comprimento lr a uma distncia dr da origem.
Figura 5: Antena Yagi-Uda de trs elementos O princpio de funcionamento dessa estrutura o mesmo do descrito anteriormente. Isto , o elemento excitador alimentado por uma fonte externa e irradia um campo eletromagntico.
Este campo, por sua vez, induz correntes nos demais elementos que passam tambm a irradiar campos eletromagnticos. Os campos irradiados por cada elemento somam-se em amplitude e fase de tal forma que o diagrama de radiao resultante tem um mximo na direo definida pelos elementos diretores.
A expresso do campo eltrico total irradiado por estes dipolos pode ser escrita como: 8 Onde Er , Ee e Ed so respectivamente os campos oriundos dos elementos refletor, excitador e diretor. Conhecendo a expresso analtica para o campo irradiado por um dipolo finito, dado em 2 e fazendo uma anlise geomtrica do arranjo, pode-se escrever as expresses para os seguintes campos: 9.